KR20090104817A - 회로의 과전류 보호를 위한 시스템 및 방법 - Google Patents

회로의 과전류 보호를 위한 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

일실시형태에서, 본 발명은 복수의 회로 보호 장치를 포함하고, 각 회로 보호 장치가 각각의 공칭 정격 전류를 포함하는 복수의 회로를 보호하는 시스템을 제공하는 것이다. 일실시형태에 의하면, 상기 시스템은 각 회로 보호 장치의 전류를 측정하도록 구성된 전류 감지 회로; 및 각 측정된 전류를 수신하도록 구성된 컨트롤러를 포함한다. 일실시형태에 의하면, 상기 컨트롤러는 결합된 모든 회로 보호 장치에 의해 운반되는 전체 전류와 결합된 모든 회로 보호 장치의 전체 공칭 정격 전류 사이의 정격을 결정하고 상기 비를 사용하여 각 회로 보호 장치의 수정된 공칭 정격 전류를 각각 결정하도록 더 구성된다. 또 다른 실시형태에서, 상기 컨트롤러는 출력 신호를 발생시켜 선택 회로에 포함된 회로 보호 장치의 수정된 공칭 정격 전류에 의거하여 복수의 회로 중에서 선택되는 선택 회로를 절연하도록 구성된다.
전류 센서, 컨트롤러, 절연 장치, 과전류 감지 장치

Description

회로의 과전류 보호를 위한 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR CIRCUIT OVERCURRENT PROTECTION}
본 발명의 실시형태는 일반적으로 회로의 과전류 보호에 관한 것이다. 더 구체적으로, 하나 이상의 실시형태는 회로 보호 장치를 절연하는 시스템 및 방법에 관한 것이다.
통상, 전기 회로를 위한 과전류 보호는 회로 차단기, 퓨즈 또는 두 개의 조합으로 제공된다. 이 보호 장치는 전기 기구, 모터, 변압기 및 다른 전기 부하 뿐만 아니라 전선과 케이블을 포함하는 전기 회로를 보호하기 위해 그들의 정격 전류에 따라 선택되어 적용된다. 때때로, 전기 시스템은 분리된 보호 장치를 각각 포함할 수 있는 복수의 분기 회로를 공급하는 메인 회로 차단기 또는 메인 퓨즈를 포함한다.
여기에 이용되는 바와 같이, “회로 보호 장치”라는 용어는 과전류 감지를 포함하는 과전류 보호와 1개 이상의 소정의 과전류 조건에 따라 회로 절연을 제공하는 장치로 언급된다.
통상, 퓨즈는 소정의 전류의 크기에 의해 가열될 때 용융되는 금속선 또는 스트립을 포함한다. 퓨즈 정격 또는 공칭 정격 전류는 퓨즈가 용융된 퓨즈 엘리멘 트 없이 운반되고, 예를 들면 “블로잉(blow)” 퓨즈 없이 회로를 개방할 수 있는 직류의 양이다. 따라서, 20 암페어 퓨즈는 엘리먼트 퓨즈에서 엘리멘트의 과열 때문에 회로를 개방하지 않고 계속적으로 20 암페어를 운반할 수 있다. 퓨즈가 과전류를 운송할 수 있는 시간의 크기는 전류의 크기가 증가함에 따라 감소한다.
또한, 회로 차단기는 과전류에 응답하여 개방되도록 디자인된다. 회로 차단기가 리세팅되도록 디자인되고 과전류 트립을 따라서 폐쇄되기 때문에, 일반적으로 기계적이거나 기계 전자적인 작동 메카니즘을 포함한다. 따라서, 과전류 보호는 과전류(예를 들면, 주택용 몰딩 케이스 회로 차단기)에 따라 반사되는 열 소자 및/또는 전자 전류 감지와 전자 트립 유닛(예를 들면, 상업적/공업적 회로 차단기)을 포함할 수 있다.
과전류 조건은 과부하로 단락될 수 있다. 회로 차단기와 퓨즈는 회로를 개방하고 결합된 부하를 디스커넥팅함으로써 저레벨 과부하에 따라 방해 작동될 수 있다. 특히, 퓨즈는 빠르게 작동할 수 있고, 다수의 전기 코드와 기본 세팅 본체는 때때로 작동 속도 때문에 퓨즈가 구체적인 적용으로 사용되는 것을 요구한다. 그러나, 과전류 조건에서 퓨즈의 빠른 작동은, 때때로 퓨즈가 일시적인 과부하로 개방되어 고장될 수 있고 교환되어야 한다. 또한, 다수의 회로 차단기는 과부하의 결과로써 개방된 후에 수동 리세팅을 요구한다.
회로 보호에 대한 다수의 현재 방법은 보호 장치의 좌표 세팅을 제공하지만, 이 장치(즉, 장치의 공칭 정격 전류)의 전류 세팅은 전기적인 하중을 보호할 필요에 의거하여 설치되었다. 상술한 바와 같이, 조명 회로, 기구 등과 같이 작동하는 장비 뿐만 아니라, 회로의 다양한 엘리먼트를 접속하는 전기적인 와이어링도 포함할 수 있다. 따라서, 회로 보호에 대한 현재 방법은 회로 보호의 디자인이 회로에 공급되는 장비와 와이어링의 보호에 초점을 맞추기 때문에 퓨즈의 열적 특성은 방해 트리핑이 일어날 수 있는 방법을 일반적으로 고려하지 않는다. 다시 말해, 저레벨 과부하에서 회로 보호 장치의 작동은 보호 장치에 의해 보호되는 전기 회로와 장치를 보호하는 이점을 허용한다.
현재 방법의 다른 문제는 아날로그-디지털 컨버터(“ADC”)의 입력으로 공급되는 아날로그 출력을 갖는 전류 감지 회로(예를 들면, 전류 센서)의 이용과 관련한다. 특히, ADC의 정밀도와 범위가 ADC(즉, 컨버터에 포함되는 비트의 수)의 사이즈와 ADC의 선택된 해상도에 의해 한정된다. 이러한 한정은 일부 과전류 조건 동안 감지되는 전류의 정밀도를 감소시킨다. 일반적으로, ADC의 해상도와 범위는 사용된 회로의 공칭 정격 전류에 의거한다. 그러나, 전기 회로에 운반되는 전류는 공칭 직류(예를 들면, 주거 회로에서 15 또는 20 암페어) 이하로부터 공칭 직류의 2~3배인 과부하 전류 레벨 또는 공칭 직류보다 수십~수백배 이상일 수 있는 단락 전류로 광범위하게 변화될 수 있다. 전류 감지 회로와 사용되는 ADC의 상기 한정은 전류 측정의 부정확한 결과일 수 있고, 따라서 과전류 보호에서 부정확하게 ADC와 사용된다. 특히, ADC에 의해 정확하게 나타나는 최대 전류 이상의 전류는 "클리핑(clipped)"될 수 있다. 즉, 전류 웨이브 폼의 디지털 표현이 최대 이상의 전류의 전체 크기와 같은 값을 가질 수 있다.
또한, 과전류 보호 설계에 대한 현재 방법이 갖는 또 다른 문제는 열부하의 고려가 회로 곁의 회로에 자주 어드레싱된다는 사실이다. 즉, 복수의 분기 회로를 포함하는 시스템에서, 열부하는 분기 회로 곁의 분기 회로에서 평가될 수 있고, 전체 시스템의 열적 용량이 적정하게 어드레싱되지 않을 수 있다. 예를 들면, 직류의 100 암페어에 대해 트랜스퍼 스위치 정격은 분기 회로를 보호하기 위해 분리되는 회로 차단기나 퓨즈와 함께 각 10개의 분기 회로를 포함하고, 총합에서 회로 차단기나 퓨즈의 전체 공칭 정격 전류는 트랜스퍼 스위치의 공칭 정격 전류를 상당히 초과할 수 있다. 이전 실시예에서, 10개의 회로는 20개 암페어 각각에 대한 각 정격이고, 이론적으로, 10개의 회로가 공급되는 트랜스퍼 스위치는 전류의 200 암페어만큼 공급된다. 따라서, 트랜스퍼 스위치는 메인 회로 보호 장치를 포함하지 않을 것이고, 100 암페어 정격 트랜스퍼 스위치는 회로 보호 장치의 어떠한 조작 없이 과부하될 수 있다. 다른 방법으로, 장치를 보호하는 메인 회로가 포함되면, 현재 방법은 광범위한 보호의 시스템을 제공하기 위한 시도에서 메인 장치를 갖는 10개 회로 모두를 동시에 절연할 수 있다. 그러한 방법은 위험한 부하의 불필요한 절연의 결과일 수 있다.
일실시형태에서, 본 발명은 회로 보호 장치에서 전류를 감지하여 감지된 전류에 대응하는 신호를 발생시키도록 구성된 전류 센서, 상기 감지된 전류에 대응하는 신호를 수신하는 컨트롤러, 상기 회로 보호 장치의 열적 특성과 감지된 전류에 의거하여 회로 보호 장치의 축적된 열부하를 추정하도록 구성된 컨트롤러 및 상기 회로 보호 장치를 선택적으로 절연하도록 구성된 절연 장치를 포함하는 장치를 제공한다. 일실시형태에 의하면, 컨트롤러는 상기 회로 보호 장치의 열적 특성과 감지된 전류에 의거하여 회로 보호 장치의 축적된 열부하를 추정하도록 구성된다. 일실시형태에서 상기 컨트롤러는 출력 신호를 제공하여 절연 장치를 활성화시키고, 상기 축적된 열부하가 회로 보호 장치의 소정의 최대 열부하를 초과하면 전류를 차단하도록 더 구성된다. 다른 실시형태에서, 상기 컨트롤러는 전류를 차단하는 회로 보호 장치 전에 출력 신호를 제공하도록 구성된다.
다른 실시형태에서, 본 발명은 감지된 전류를 나타내는 아날로그 출력 신호를 발생시키도록 구성된 전류 감지 회로, 상기 아날로그 출력 신호를 수신하고 복수의 이산 샘플을 이용하여 상기 아날로그 출력 신호의 디지털 표시를 발생시키도록 구성된 디지털 컨버터로서, 실질적으로 상기 최대 전류 값 이상의 아날로그 출력 신호를 나타내는 복수의 이산 샘플의 각각이 실질적으로 동일한 크기를 갖는 아날로그 디지털 컨버터를 포함하는 과전류 감지 장치를 제공한다. 일실시형태에서, 실질적으로 최대 전류 값 이상의 아날로그 출력 신호를 나타내는 복수의 이산 샘플의 각각이 실질적으로 동일한 크기를 갖는다. 다른 실시형태에서 과전류의 추정량은 실질적으로 동일한 크기를 갖는 연속적인 샘플의 양에 의거하여 결정된다.
또한, 다른 실시형태에서 본 발명은 복수의 회로 보호 장치를 포함하고, 각 회로 보호 장치가 각각의 공칭 정격 전류를 포함하는 복수의 회로를 보호하는 시스템을 제공한다. 일실시형태에 의하면, 상기 시스템은 각 회로 보호 장치의 전류를 측정하도록 구성된 전류 감지 회로, 및 각 측정된 전류를 수신하도록 구성된 컨트롤러를 포함한다. 일실시형태에 의하면, 상기 컨트롤러는 결합된 모든 회로 보호 장치에 의해 운반되는 전체 전류와 결합된 모든 회로 보호 장치의 전체 공칭 정격 전류 사이의 비를 결정하고, 상기 비를 사용하여 각 회로 보호 장치의 수정된 공칭 정격 전류를 각각 결정하도록 더 구성된다. 또 다른 실시형태에 의하면, 상기 컨트롤러는 출력 신호를 발생시켜 선택 회로에 포함된 회로 보호 장치의 수정된 공칭 정격 전류에 의거하여 복수의 회로 중에서 선택되는 선택 회로를 절연시키도록 구성된다. 또 다른 실시형태에 의하면, 상기 컨트롤러는 각 회로 보호 장치의 수정된 공칭 정격 전류를 결정하도록 상기 비를 각각의 공칭 정격 전류에 적용하여 구성된다.
본 발명의 다른 실시형태는 회로 보호 장치를 보호하는 방법을 가리킨다. 상기 방법은 상기 회로 보호 장치에서 전류를 감지하고, 상기 감지된 전류에 대응하는 신호를 발생시키고, 상기 회로 보호 장치의 열정 특성과 상기 감지된 전류에 의거하여 상기 회로 보호 장치의 축적된 열부하를 추정하고, 상기 축적된 열부하가 회로 보호 장치의 소정의 최대 열부하를 초과하면 전류를 차단하는 스텝을 포함한다.
상기 방법에서, 상기 소정의 최대 열부하는 실질적으로 상기 회로 보호 장치의 평균 용융 시간에 대응할 수 있다. 상기 방법은 회로 보호 장치에 의해 운반되는 전류의 가열 효과에 의거하여 소정의 최대 열부하를 결정하는 것을 더 포함할 수 있다.
첨부되는 도면이 범위 범위를 한정하는 것은 아니다. 도면에서, 다양한 부호로 나타내는 각각 동일하고 거의 동일한 구성 요소는 같은 부호에 의해 나타내어진다. 명확하게 하기 위해 모든 구성 요소가 모든 도면에 부여되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일실시형태에 의한 장치의 개략도이며;
도 2는 회로 보호 장치에 대한 시간 전류의 특성 곡선의 도면이며;
도 3은 본 발명의 일실시형태에 의한 공정의 흐름도이며;
도 4는 다른 실시형태에 의한 시간 전류 특성 곡선이며;
도 5는 본 발명의 일실시형태에 의한 시스템의 1 라인 도면이며;
도 6은 본 발명의 또 다른 실시형태에 의한 공정의 흐름도이며;
도 7은 본 발명의 일실시형태에 의한 파형도이며;
도 8은 본 발명의 일실시형태에 의한 제 2 파형도이며;
도 9는 본 발명의 일실시형태에 의한 제 3 파형도이고;
도 10은 본 발명의 다른 실시형태에 의한 장치의 개략도이다.
본 발명은 도면에 이후 기재되거나 나타내는 구성 요소의 상세한 구조와 배치에 한정되는 것은 아니다. 본 발명은 다른 실시형태일 수 있고, 다양한 방법으로 실시되거나 수행될 수 있다. 또한, 여기에서 이용되는 표현과 용어는 설명의 목적이고, 한정하는 것으로 고려되는 것은 아니다. 여기에서 “포함하는(including)”, “포함하는(comprising)” 또는 “갖는(having)”, “포함하는(containing)”, “수반하는(involving)”의 변화의 이용은 추가적인 항목뿐만 아니라 이하 목록에 있는 항목을 망라하고 동등한 것을 의미한다.
이제 도 1을 참조하면, 일실시형태에 의한 장치(20)의 개략도가 예시된다. 개략적으로 전원(22), 회로 보호 장치(24) 및 전기적인 부하(26)를 포함하는 회로(18)를 나타낸다. 또한, 도 1은 전류 감지 회로(28), 컨트롤러(30) 및 절연 장치(32)를 나타낸다. 일실시형태에 의해, 전류 감지 회로(28), 컨트롤러(30) 및 절연 장치(32)가 장치(20)에 포함된다. 전원(22)은 AC 전원 또는 DC 전원일 수 있고, 또한 전원(22)이 AC 전원이거나, 1개 또는 복수의 페이즈(phases)를 포함할 수 있다. 퓨즈로서 나타내지만, 회로 보호 장치(24)는 퓨즈, 회로 차단기, 회로(20)를 절연하기 위해 과전류 조건에 따라 작동하는 이전의 및/또는 일부 다른 회로 보호 장치의 조합일 수 있다. 또한, 회로 보호 장치는 적용에 따라 단상 장치 또는 다상 장치일 수 있다. 일반적으로, 회로 보호 장치(24)는 과전류 조건에 따라 작동한 때 전원(22)과 부하(26) 사이의 전류 경로를 물리적으로 개방한다. 예를 들면, 대부분의 퓨즈는 과전류의 크기에 따라 변화되는 소정 시간의 크기 내에서 용융되는 내부 전류 운반 엘리먼트(예를 들면, 금속 엘리먼트)를 포함한다. 일반적으로, 회로 차단기는 회로 차단기와 결합되는 열 소자 또는 전류 감지 회로에 의해 감지되는 과전류에 따라 전류를 차단하도록 개방되는 1개 이상의 전류 운반 접촉 쌍을 포함한다.
다양한 실시형태에서, 전류 감지 회로(28)는 변류기, 션트(shunt), 홀 효과 센서 또는 회로에서 흐르는 전류를 감지하는 다른 장치를 포함할 수 있다. 일실시형태에 의하면, 전류 감지 회로(28)는 출력(36)을 포함한다.
일실시형태에 의하면, 컨트롤러(30)는 아날로그-디지털 컨버터(“ADC”), 1 개 이상의 프로세서 및 메모리를 포함할 수 있다. 일실시형태에 의하면, 컨트롤러(30)는 단일 칩에 CPU, ADC 및 메모리를 제공할 수 있는 Texas Instruments에 의해 제조된 마이크로 컨트롤러 TI DSP 2801을 포함한다. 따라서, 컨트롤러(30)는 삽입된 소프트웨어 및/또는 펌웨어 명령을 실행하는 마이크로 프로세서 또는 마이크로 컨트롤러에서 수행할 수 있다. 일실시형태에 의하면, 컨트롤러는 입력측(38)과 출력측(39)을 포함할 수도 있다. 본 실시형태의 버젼에서, 입력측(38)은 전류 감지 회로의 출력측(36)에 접속되고, 컨트롤러의 출력측(39)은 절연 장치(32)에 접속된다. 다른 실시형태에서, 추가적인 출력은 과전류 조건을 가리킬 수 있는 컨트롤러로부터 외부 신호를 제공하도록 포함될 수 있다.
일실시형태에 의하면, 절연 장치(32)는 계전기, 회로 차단기 또는 컨트롤러(30)로부터 신호를 수신하면 개방하도록 전기적으로 작동될 수 있는 다른 장치일 수 있다. 또한, 절연 장치의 실시형태는 컨트롤러(30) 또는 다른 장치로부터 폐쇄 신호를 수신하면 폐쇄하도록 전기적으로 작동될 수도 있다.
또한, 회로 보호 장치(24)는 적용에 따라 단상 장치 또는 다상 장치일 수 있다.
도 2는, 예를 들면 Cooper Bussman Class G 시간 지연 퓨즈의 “그룹”에 대해 시간 전류 특성 곡선(40)(또는, 평균 용융 시간)의 세팅을 나타낸다. 예를 들면, 오른쪽의 대부분의 곡선이 60 암페어 퓨즈의 시간 전류 특성을 나타내는 반면에, 왼쪽의 대부분의 곡선은 1/2 암페어 퓨즈의 시간 전류 특성을 나타낸다. 도 2에서, X축이 암페어에서 전류를 포함하는 반면에 Y축은 초 시간을 포함하고, 각 축 은 대수에 플로팅된다. 각 곡선은 전류가 왼쪽으로부터 오른쪽으로 증가함으로써 평균 용융 시간을 나타낸다. 명확해지므로 평균 용융 시간은 전류가 증가됨으로써 감소된다.
도 2에서, 퓨즈의 암페어 정격은 퓨즈의 공칭 직류 정격을 확인한다. 즉, 퓨즈가 불명확한 기간(적어도 이론상으로)에 대해 연속적으로 운반할 수 있는 전류의 양이다. 일실시예로서, 20 암페어 퓨즈에 대한 곡선을 참조하면, 퓨즈는 퓨즈 엘리먼트에서 전류의 열적 효과가 퓨즈 엘리먼트를 용융하고 회로를 퓨즈 내에서 개방하는 시간에 대략 0.25초에 대해 100 암페어를 운반할 것이다. 다른 실시예는 퓨즈가 작동(즉, 블로우잉 전) 전에 주어진 전류를 운반할 시간의 크기를 고려해서 유사한 정보를 제공할 수도 있다. 시간 전류 특성 곡선은 다른 보호 장치, 예를 들면 열로 작동되는 회로 차단기와 전류를 감지하도록 채용되는 고체 상태 회로 차단기에 제공될 수도 있다.
일실시형태에 의하면, 회로 보호 장치(24)의 열적 특성이 결정되어 컨트롤러(30)에 제공된다. 컨트롤러(30)는 전류 감지 회로(28)에 의해 공급되는 입력에 의거하여 회로에 의해 운반되는 전류를 결정하도록 채용되는 1개 이상의 알고리즘을 포함한다. 알고리즘은 회로 보호 장치(24)에서 축적된 열부하를 결정할 수도 있다. 또 다른 실시형태에서, 컨트롤러(30)는 회로 보호 장치가 최대 허용할 수 있는 열부하로 제공될 수 있다. 이 실시형태에서, 알고리즘은 축적된 열부하가 회로 보호 장치(24)의 최대 허용할 수 있는 열부하를 초과하는지 결정하도록 사용될 수 있다.
일실시형태에 의하면, 컨트롤러(30)는 축적된 열부하가 회로 보호 장치(24)의 최대 허용할 수 있는 열부하를 초과한 때 출력측(39)에서 신호를 발생시킨다. 신호에 따라 회로(18)에서 전류를 개방하고 차단하기 위해 작동하는 절연 장치(32)에 신호가 통신될 수 있다. 적어도 일실시형태에서, 시스템은 회로 보호 장치가 “블로잉” 전에 전류를 차단하도록 구성된다.
이제 도 3을 참조하면, 공정(50)의 흐름도가 일실시형태에 의해 설명된다. 공정(50)은 회로 보호 장치(24)가 사용되는 회로에 과전류 보호를 하도록 지속되는 동안에 장치(20)가 회로 보호 장치(24)의 불필요 작동을 방지하도록 사용될 수 있는 실시예를 제공한다. 일반적으로 일실시형태에 의하면, 공정(50)은 회로 보호 장치(24)의 원하는 최대 열부하에 회로 보호 장치(24)의 누적되는 열부하의 비교를 행한다. 일실시형태에서, 비교는 컨트롤러(30)가 절연 장치(32)를 작동하기 위해 신호를 제공하고, 회로 보호 장치의 작동 전에 회로를 절연하는지를 결정하기 위해 행해진다.
일실시형태에 의하면, 최대 열부하는 시간 전류 곡선의 한 점에서 회로 보호 장치의 시간 전류 특성에 의거하여 결정된다. 예를 들면, 회로 보호 장치의 공칭 전류보다 큰 전류가 선택되고, 열부하(I2t의 함수로서 계산됨)가 선택되는 전류로부터 결정될 수 있다. 일실시형태에서, 계산에 이용되는 시간의 크기는 시간 전류 특성 곡선으로부터 결정된다. 도 2를 다시 참조하면, 60 암페어 전류가 20 암페어 정격 회로 보호 장치에 대하여 열부하를 결정하도록 이용되면, 2.5초 이하의 시간이 20 암페어 회로 보호 장치를 작동하게 하는 열부하를 결정하도록 이용될 수 있다. 이 실시예에서, 20 암페어 회로 보호 장치에 대해, 60 암페어에 대해 결정되는 최대 열부하는:
최대 열부하=(60)(60)2.5 = 9000 식 1
다시 말해, 회로 보호 장치(24)의 작동을 방지하기 위해, 장치(20)는 회로 보호 장치가 60 암페어로 운반하는 때 2.5초 내에 절연 장치(32)를 작동하도록 구성되어야 한다.
일실시형태에 의하면, 최대 I2t가 공칭 정격 전류와 시간 전류 곡선에 선택되는 점에서의 전류 사이의 차이에 의거하여 결정된다. 이 실시예에서, 공칭 정격 전류가 20 암페어이고, 선택된 과전류가 60 암페어이다. 따라서, 최대 I2t가 다음과 같이 결정된다:
최대 I2t = (60-20)(60-20)2.5 = 4000 식 2
일부 실시형태에서, 누적 열부하가 최대 열부하에 도달되는지 결정하도록 평가된다. 예를 들면, 감지된 전류가 시간 ts의 동안을 각각 갖는 복수의 이산 샘플 I-n으로써 평가되면, 각 샘플 기간에 대한 전류의 전체 I2t에 감지되는 전류의 기여가 식 3에 의해 결정될 수 있다.
최대 I2t에 기여 = (In-20)(In-20)t 식 3
또한, 일실시형태에 의하면, 공칭 정격 전류 이하에서의 임의의 전류는 회로 보호 장치에 누적 열부하에 기여하지 않고, 누적 열부하를 감소시킬 수 있다. 즉, 전류가 공칭 정격 전류(예를 들면, 20 암페어)에서, 전류는 회로 보호 장치의 누적 열부하에 영향을 주지 않는다. 전류가 공칭 정격 전류(예를 들면, 20 암페어 이하) 이하인 곳에서, 전류는 I2t 크기에 의해 누적 열부하를 감소시킨다.
I = ΔI = |ΔI시간t에서 - I정격| 식 4
설명되는 실시형태에 의하면, 공정(50)은 전류가 최초 증대의 측정되는 액트(52)를 포함한다. 일실시형태에서, 전류는 전류 감지 회로(28)에 의해 감지되고 컨트롤러(30)에 통신한다. 본 실시형태의 한 버젼에서, 전류 감지 회로(28)가 컨트롤러(30)에 아날로그 출력 신호를 제공하고, 컨트롤러(30)는 신호를 아날로그 전류 파형의 샘플의 이산 세트를 포함하는 디지털 신호로 변환한다.
일실시형태에 의하면, 공정은 회로 보호 장치의 공칭 전류 정격이 ΔI의 값을 결정하는 액트(52)에서 측정되는 전류로부터 빼는 액트(54)도 포함한다. 예를 들면, 20 암페어 퓨즈를 다시 참조하면, 퓨즈의 공칭 정격 전류는 20 암페어이다.
또한, 일실시형태에서 공정(50)은 회로 보호 장치의 열부하에 전류의 기여는 전류가 액트(52)에서 측정되는 기간 동안 결정되는 액트(56)를 포함한다.
또 다른 실시형태에서, 공정(50)은 액트(54)에서 결정되는 전류에 차이가 0보다 클지를 결정하도록 평가되는 액트(58)를 포함한다. 일실시형태에서, 액트(58)는 다른 실시형태 절대값이 액트(56)에서 결정되는 동안에 그 기간에 대한 전류와 회로 보호 장치(예를 들면, 식 2에 나타낸 바와 같이)의 공칭 정격 전류의 차이의 절대값을 결정하는 작동도 포함한다. 상술한 바와 같이, 전류는 공칭 정격 전류보다 큰 전류가 누적 열부하를 증가시킬 수 있는 반면에, 누적 열부하를 감소시킬 수 있는 공칭 정격 전류보다 작다.
일실시형태에 의하면, 액트(54)에서 결정되는 값이 0보다 이하인 곳에서, 공정(50)은 액트(60)로 진행한다. 액트(60)에서, 시간 기간에 대한 액트(56)에서 결정되는 축적된 열부하에 전류의 기여는 보호 장치의 누적 열부하에 적용된다. 일실시형태에서, 액트(56)(예를 들면, ΔI2t)에서 결정되는 I2t 값은 누적 열부하로부터 빼진다. 일실시형태에 의하면, 0 이하의 누적 열부하의 값은 액트(60)의 결과가 음수값이면 0으로 된다.
일실시형태에 의해, 액트(60)는 액트(64)(이하 보다 상세하게 설명됨)에 의해 계속되는 동안에 다른 실시형태에서 공정(50)은 액트(60)가 계속되는 액트(52)(다음의 시간 기간 동안)로 진행한다.
액트(54)가 결정되는 값이 0보다 큰 곳에서, 공정(50)은 액트(62)로 진행한다. 액트(62)는 축적된 열부하[시간 기간 동안 액트(56)에서 결정됨]에 전류의 기여가 보호 장치의 누적 열부하에 적용된다. 일실시형태에서, 액트(56)에서 결정되는 I2t 값이 누적 열부하에 더해진다.
액트(62)에 이어서, 공정(50)은 전체 누적 열부하가 회로 보호 장치에 대해 결정되는 최대 열부하보다 클지의 결정이 이루어지는 액트(64)로 진행한다. 후술하 는 바와 같이, 최대 열부하는 시간 전류 특성 곡선을 따라 1개 이상의 점에 의거하여 결정될 수 있다.
또 다른 실시형태에 의하면, 공정(50)이 누적 열부하가 회로 보호 장치의 최대 열부하보다 큰 것으로 결정되면 액트(66)로 진행한다. 액트(66)에서 과부하가 선언된다. 다양한 실시형태는 과전류 보호 장치의 시간 전류 특성 곡선에 위치되는 1개 이상의 점에서 결정되는 최대 열부하 이하인 과부하 레벨이 정해질 수 있다. 이러한 근사는 절연 장치가 비교적 저레벨 과전류(예를 들면, 단락에 반대되는 과부하)가 발생했을 때 회로 보호 장치(30)보다 신속하게 작동될 수 있도록 확실하게 하는 오차의 범위로 제공될 수 있다. 그러한 근사는 조작으로부터 회로 보호 장치를 방지하는 동안에 보호를 한다. 예를 들면, 장치(20)가 회로 보호 장치에 대해 제공되는 2.5초 대신에 2초 동안 회로에 남아있도록 60 암페어 전류를 허용할 수 있다. 따라서, 이 실시예에서, 최대 I2t가 4000보다 (40)(40)2 = 3200로 설정될 수 있다.
액트(66)에서 과전류 조건이 선언된다. 일부 실시형태에서, 액트(68)에서 컨트롤러(30)는 과전류가 선언되었을 때 절연 장치(32)를 작동하도록 출력(39)에 신호를 제공한다. 그러나, 컨트롤러(30)는 미리 단독으로 또는 더해서 다른 응답에 대해 제공되도록 구성할 수 있다. 예를 들면, 컨트롤러는 절연 장치 또는 회로 보호 장치의 조작 전에 과전류 조건을 확인하기 위해 유저 인터페이스에 신호를 제공할 수 있다.
또 다른 실시형태에서, 액트(64)에서의 누적 열부하는 회로 보호 장치에 대해 최대 열부하 이하로 결정되고, 컨트롤러는 추가 기간에 대해 1개 이상의 다음의 전류 측정을 평가하고, 다음의 전류 측정에 대해 공정(50)을 시작한다.
구체적인 일실시예에서, 공정(50)은 이후의 각 기간이 60Hz 신호(대략 16.7 msecs)의 1 사이클인 결과를 가져온다: 1) 직류는 20 암페어 또는 이하이고, 누적 I2t 합이 0으로 남는다; 2) 부하 전류는 연속적인 60 암페어로 증가하고, 각 기간 에서 누적 값에 더해지는 I2t는 26.72이다; 3) 150 기간 후에 누적 열부하가 최대 허용 열부하에 도달한다. 60 암페어와 2.5초가 이 실시예에서 최대 허용 열부하로 설정되도록 사용되기 때문에, 과부하가 지속되는[즉, 컨트롤러(30)가 과부하를 선언하고 절연 장치(32)를 작동하기 전의 시간의 크기] 시간의 크기는 150 기간과 (0.0167 secs/period)-2.5초의 곱이다.
상술한 것으로부터 알 수 있는 바와 같이, 최대 I2t에서 한 점의 이용은 다른 지점에서 허용되는 열부하의 근접의 결과에 의거한다. 회로 보호 장치는 과전류 보호 장치가 잘 작동하는 시간 전에 우수하게 절연될 수 있도록 보장하는 오차 범위로 제공되도록 이 근사가 사용될 수 있다. 즉, 회로 보호 장치가 과전류의 저레벨에서 더 느리게 작동한다. 20 암페어 회로 보호 장치의 실시예를 다시 참조하면, 50% 과부하(즉, 30 암페어)는 전류가 대략 100초로 지속되기까지 회로 보호 장치의 대응하는 최대 열 정격에 도달하지 않을 것이다. 따라서, 2.5초에 의거한 이전 최 대 I2t는 회로 보호 장치의 출력을 내려 작동할 수 있다.
다만, 상술한 것은 보수적인 접근이고, 다른 실시형태는 최대 허용 I2t를 결정하기 위해 다른 방법을 사용한다. 요약하면, 이 방법은 회로 보호 장치의 시간 전류 특성 곡선에 적합 곡선을 먼저 결정함으로써 각 샘플 기간에 더해지는 점진적인 가열 효과 ΔI2t를 결정한 후, 점진적인 가열 효과를 결정하도록 적합 곡선을 발생하는 식을 적용한다.
도 4를 참조하면, 본 실시형태에 의하면, 플로트(42)가 회로 보호 장치에 대해 설명된다. 플로트(42)가 제 1 곡선(43)과 제 2 곡선(44)을 포함한다. 이러한 곡선은 전류의 x축, 초의 y축 대수를 이용하여 플로팅된다. 제 1 곡선(43)은 20 암페어 보호 장치[곡선(43)이 실제 시간 전류 특성 곡선에 오버레이됨)에 대해 시간 전류 특성 곡선에 거의 매칭하는 적합 곡선을 나타낸다. 제 2 곡선(44)은 한 점이 이전 실시형태에 의해 사용되는 때 20 암페어 보호 장치에 대해 최대 허용할 수 있는 열부하를 나타낸다. 제 2 곡선(44)은 모든 전류값에 대해 t=2.5초에서 허용할 수 있는 I2t에 의거한다. 이 플로트로부터 나타나는 바와 같이, 이전 실시형태에서 과부하 전류는 최대 열부하가 결정되는 한 점과 조합되는 전류보다 낮은 과부하에 대해 더 낮은 최대 열부하를 제공한다. 20 암페어 보호 장치에 대해 곡선(43 및 44)에서 설명되는 이전 실시예를 참조하면, 60 암페어보다 낮은 과부하 전류는 회로 보호 장치가 자체[곡선(43)에 의해 나타남] 작동하는 열부하 전에 회로 보호 장치 를 적절히 절연하기 위해 컨트롤러로 절연 장치에 신호를 보낸다.
일실시형태에 의하면, 20 암페어 보호 장치에 적합한 곡선은 다음 식으로부터의 결과이다:
Y=(Ax1010)XB 식 5
A = 1.1877 및 B = -5.437, 따라서
Y = (1.1877 × 1010)X-5.437 식 6
계수 A 및 B는 당업자에게 주지의 기술 적합 곡선을 이용하여 결정될 수 있다.
본 실시형태에 의하면, 각 샘플에 더해지는 점진적인 가열 효과 ΔI2t는 다음과 같이 결정된다.
ΔI2t=A/IB 식 7
결과적으로, 일실시형태는 최대 열부하를 회로 보호 장치 자체의 최대 열부하로 정격함에 따라 더 면밀하게 사용된다.
이제 도 5를 참조하면, 전기 시스템(80)이 일실시형태에 따라 개략적으로 나타난다. 전기 시스템(80)은 회로 보호 장치가 퓨즈, 회로 차단기, 계전기 또는 이전의 임의로 조합되는 메인 회로 보호 장치(82)와 복수의 부하 회로 보호 장치(84A-84J)를 포함할 수 있다. 한 버젼에서, 각 부하 회로 보호 장치(84A-84J)는 각각의 회로(1 -10)의 하나에 포함된다. 일실시형태에서, 전기 시스템은 부하 회로 보호 장치(84)에 전력을 공급하는 트랜스퍼 스위치에 포함된다. 일부 실시형태에서, 트랜스퍼 스위치가 복수개 전원의 임의의 하나로부터 전력을 공급하도록 구성된다.
전기 시스템은 컨트롤러(30)와 전류 감지 회로(28)를 포함하는 장치를 포함한다. 나타내는 실시형태에서, 전류 감지 회로는 와이어링(86)에 의해 컨트롤러(30)에 접속되는 복수의 전류 센서(85A-85J)를 포함한다. 일실시형태에서, 각 전류 센서(85A-85J)가 각각의 회로(1-10)의 1개에 전류를 감지한다. 와이어링(86)은 다양한 실시형태에서 단일 회로로서 개략적으로 설명되지만, 예를 들면 와이어링(86)은 각 회로가 각각의 전류 센서(85A-85J)의 1개에 접속되는 복수의 회로를 포함한다. 또한, 전류 센서가 메인 회로 보호 장치(82)와 결합될 수도 있다. 일부 실시형태에서, 전류 센서(85)가 결합된 회로 보호 장치에 필수일 수 있다. 다른 실시형태에서, 전류 센서(85)가 결합된 회로 보호 장치의 일부가 아니고, 회로 보호 장치(예를 들면, 회로 차단기)는 회로 보호 장치에 포함되는 필수 과전류 보호로 사용되는 다른 전류 센서를 포함할 수 있다. 당업자에게 인지된 바와 같이, 회로 보호 장치는 퓨즈이고, 전류 센서는 회로 보호 장치에 포함되지 않는다.
다양한 실시형태에서, 회로 보호 장치(82, 84)는 당업자에게 주지된 바와 같이, 원격 조작 트립 기능, 원격 조작 폐쇄 기능 또는 모두를 포함할 수 있다. 이러한 원격 조작 작동은 각각의 회로 보호 장치의 개방과 폐쇄를 부하 회로 보호 장치에 필수가 아닌 장치(예를 들면, 전기 또는 전자적인 컨트롤 엘리먼트)로부터 컨트롤 신호를 수신하게 한다. 장치는 부하 회로 보호 장치(84)를 수용하는 장비(예를 들면, 전기 용기)에 포함될 수도 있다. 다른 방법으로 예를 들면, 장치는 다른 용기, 방 또는 빌딩에서 물리적으로 떨어질 수 있다.
일실시형태에 의하면, 장치(20)는 일반적으로 도 1에 나타내는 실시형태에 관하여 설명되는 바와 같이 작동한다. 즉, 컨트롤러(30)는 과부하에 따라 보호 장치의 작동에 앞서 보호 장치(82, 84)를 절연하기 위해 이용되는 신호를 발생한다. 일실시형태에 의하면, 회로 보호 장치(82, 84)는 원격 조작 트립 기능을 포함하고, 컨트롤러(30)는 이하 더 상세하게 설명하는 바와 같이 회로(1-10)를 절연하기 위해 이용되는 트립 신호를 발생하도록 구성된다.
따라서, 일실시형태에서 회로 보호 장치(82, 84)가 전기적으로 작동된다. 즉, 회로 보호 장치(82, 84)가 적어도 원격 트립 기능을 포함하는 회로 차단기나 계전기이다. 또한, 원격 폐쇄 기능을 포함할 수도 있다.
다른 실시형태에서, 1개 이상의 회로 보호 장치(82, 84)는 퓨즈이거나 다른 비전기적으로 작동되는 보호 장치이고, 장치(20)는 비전기적으로 작동되는 각 보호 장치, 예를 들면 도 1을 참조하여 처음에 설명되는 바와 같은 절연 장치[예를 들면, 절연 장치(32)]와 결합되는 분리된 절연 장치를 포함한다. 따라서, 일실시형태에서, 분리된 절연 장치가 각 회로(1-10)에 대해 각 부하 회로 보호 장치(84)와 조합되어 사용된다.
또한, 전류 센서가 단일 엘리먼트로 설명되지만, 전류 감지 회로(28)는 복수의 전류 센서, 예를 들면 다상 회로[예를 들면, 임의의 회로(1-10)]의 각 상에 대한 센서를 포함할 수 있다.
하나 이상의 실시형태에서, 1개 이상의 부하 회로 보호 장치(84)는, 예를 들면 전기적으로 작동되는 회로 차단기를 전기적으로 작동된다. 일반적으로, 이러한 실시형태에 의하면, 컨트롤러(30)는 조합된 회로에서 감지되는 전류에 따라 부하 회로 보호 장치(84)를 개방하도록 작동할 수 있다. 예를 들면, 컨트롤러(30)는 전류 센서(85C)에 의해 회로(3)에서 감지되는 전류에 따라 부하 회로 보호 장치(84C)를 작동할 수 있다.
일실시형태에 의하면, 장치(20)는 전기 시스템(80)의 집합 부하에 의거하여 1개 이상의 회로(1-10)를 절연하도록 작동된다. 예를 들면, 전류 전기 시스템의 용량을 운반하는 전체 전류는 100 암페어일 수 있다. 따라서, 메인 회로 보호 장치가 100 암페어의 공칭 직류 정격을 포함할 수 있다. 그러나, 집합에서 개개의 부하 회로 보호 장치(84)의 정격은 메인 회로 보호 장치(82)의 공칭 직류 정격을 초과할 수 있다. 즉, 회로(1-10)가 20 암페어의 공칭 직류 정격을 각각 포함해서, 부하 회로 보호 장치의 집합 직류 정격은 전기 시스템(80)과 메인 회로 보호 장치(82)의 직류 정격의 두배인 200 암페어이다.
일실시형태에서, 예를 들면 전기 시스템(80)(예를 들면, 트랜스퍼 스위치에 포함됨)이 직류의 100 암페어의 최대를 공급하도록 정격되고, 회로(1-10)가 20 암페어 퓨즈에 의해 각각 보호되고, 표 1 에 나타내는 바와 같이 부하된다.
회로 측정된 암페어 전류
1 15
2 20
3 5
4 18
5 8
6 12
7 19
8 7
9 14
10 14
합계 132
상술함에 의해, 전기 시스템(80)이 과부하된다. 과부하는 지속되는 과부하에 따라 전기 시스템(80)을 최후에 절연할 메인 회로 보호 장치(82)에 의해 감지될 수 있다. 도 2에 포함되는 시간 전류 곡선으로부터 일반적으로 보이는 바와 같이, 예를 들면 메인 회로 보호 장치(82)의 응답 시간은 과부하의 크기가 증가됨으로써 감소될 것이다. 전체 전류가 전기 시스템(80)의 정격되는 최대 직류보다 크지만, 장치(20)는 메인 회로 보호 장치(82)가 전체 전기 시스템(80)을 절연하도록 작동하기 전에 전체 전류를 100 암페어 이하(즉, 과부하 조건을 제거함)로 줄이기 위해 1개 이상의 회로(1-10)를 선택적으로 절연하도록 구성될 수 있다.
일실시형태에서, 장치(20)는 절연하기 위해 1개 이상의 회로를 선택하는 방법(70)(도 6)을 일반적으로 사용한다. 제 1 액트(71)에서의 방법(70)에서는 전체 전류가 최대값을 초과하는지를 결정한다. 액트(71)의 결과가 “아니오”이면, 그 후에 방법(70)이 시작 지점으로 되돌아 간다. 액트(71)의 결과가 “예”이면, 그 후에 방법이 액트(72)로 진행하고, 전기 시스템의 정격되는 최대 직류에 실제 전체 전류의 비 R이 결정된다. 다음에, 액트(73)에서 방법(70)이 각 회로에 대해 비 R에 의해 측정된 전류를 곱함으로써 각 회로(1-10)의 수정된 공칭 전류를 결정함으로써 진행한다. 액트(74)로 진행하는 방법에서, 회로를 보호하는 부하 회로 보호 장치의 공칭 정격 전류보다 큰 수정된 공칭 전류를 갖는 회로[회로(1-10) 중]가 결정된다. 다음에, 작동(75)에서 이전 작동(1개 이상 회로가 확인되면)에 의해 확인되는 회로가 결정됨으로써 진행하는 방법은 회로에 포함되는 보호 장치의 공칭 정격 전류를 가장 크게 초과하는 수정된 공칭 정격 전류를 갖는다. 최후의 작동(76)은 작동(75)에서 결정되는 회로를 절연하고, 실제 전체 전류가 더 이상 전기 시스템의 부하 최대 직류(30)를 초과하지 않을 때까지 작동(71-75)을 반복하는 것을 포함한다.
따라서, 표 1로 제공되는 실시예에 대해, 전기 시스템의 정격 최대 직류에 실제 전체 전류의 비가 다음과 같이 결정된다:
R = 132/100 = 1.32 식 8
표 1에서 설명되는 회로에 식 3에서 결정되는 비 R을 적용함으로써 이하의 결과를 가져온다.
회로 측정된 암페어 전류 수정된 암페어 전류
1 15 19.8
2 20 26.4
3 5 6.6
4 18 23.76
5 8 10.56
6 12 15.84
7 19 25.08
8 7 9.24
9 14 18.48
10 14 18.48
합계 132
각 회로(2, 4 및 7)는 회로 보호 장치에 따라 공칭 정격 전류를 초과하는 수정된 공칭 전류를 갖는다. 또한, 회로(2)는 보호 장치[즉, 보호 장치(84B)]에 따라 공칭 정격 전류(즉, 20 암페어)를 가장 크게 초과하는 수정된 공칭 전류를 갖는다. 일실시형태에 의해, 컨트롤러(30)가 회로 보호 장치(84B)에 통신하는 출력 신호를 발생한 후 전기 시스템(80)의 전체적인 부하를 감소시키기 위해 회로(2)를 절연하도록 작동한다. 결과적으로, 전체 부하는 표 3(물론, 남아있는 에너자이징된 회로에서 부하가 변화되지 않게 제공됨)에 나타나는 바와 같이 112 암페어로 감소된다.
회로 측정된 암페어 전류
1 15
2 0
3 5
4 18
5 8
6 12
7 19
8 7
9 14
10 14
합계 112
일실시형태에 의하면, 컨트롤러(30)가 전기 시스템(80)에 부하를 평가하는 처리를 지속한다. 지속되는 과부하의 결과, 비 R이 이하의 새로운 부하로 재계산된다:
R = 112/100 = 1.12 식 9
수정된 공칭 전류의 새로운 값이 새로운 비에 의해 회로의 공칭 전류를 곱함으로써 결정될 수 있다. 그 작동의 결과가 표 4에 나타난다.
회로 측정된 암페어 전류 수정된 암페어 전류
1 15 16.8
2 0 0
3 5 5.6
4 18 20.16
5 8 8.96
6 12 13.44
7 19 21.28
8 7 7.84
9 14 15.68
10 14 15.68
합계 112
수정된 전류의 새로 계산된 값을 이용하여, 각 회로(4 및 7)가 회로 보호 장치에 따라 공칭 정격 전류를 초과하는 수정된 공칭 전류를 갖도록 연속된다. 여기에서, 회로(7)는 보호 장치[즉, 보호 장치(84G)]에 따라 공칭 정격 전류(즉, 20 암페어)를 가장 크게 초과하는 수정된 공칭 전류를 갖는다. 일실시형태에 의하면, 컨트롤러(30)는 회로 보호 장치(84G)와 통신하는 출력 신호를 발생한 후, 전기 시스템(80)의 전체적인 부하를 더 감소시키기 위해 회로(7)를 절연하도록 작동한다. 결과적으로, 전체적인 부하가 표 5에 나타내는 바와 같이 93 암페어로 감소된다.
회로 측정된 암페어 전류
1 15
2 0
3 5
4 18
5 8
6 12
7 0
8 7
9 14
10 14
합계 93
표 5는 전기 시스템(80)에 포함되는 2개의 회로의 절연이 과부하 조건을 제거하는 결과를 나타낸다. 중요하게, 이 결과는 메인 회로 보호 장치(82)의 작동없이 달성된다. 즉, 10개 회로 중에서 8개는 순간의 과부하에도 불구하고 조작가능하다. 이 결과는 어떠한 전력 평균 분배 도구도 주어지지 않는 메인 회로 보호 장치(82)에 의해 모든 10개 회로의 절연과 비교될 때 가장 유리하다.
회로 보호 장치(84) 또는 결합된 절연 장치(예를 들면, 퓨즈의 경우에서 또는 수동으로 작동되는 회로 차단기)가 전기적인 폐쇄 작동을 포함하는 곳에서, 디에너자이징된(de-energized) 회로는(예를 들면, 회로 2 및 7) 전체 전류가 전기 시스템(80)의 공칭 정격 전류보다 적게 남아있으면 적합한 지연 후에 전원이 원격으로 재접속될 수 있다. 일실시형태에서, 재접속은 장치(20)에 의해 자동적으로 수행된다. 물론, 부하 회로 보호 장치 및/또는 절연 장치의 재접속/재투입이 수동으로도 성취될 수도 있다.
상술한 실시형태에서, 단순 선형비가 개개의 회로 전류 측정의 “디레이트(derate)”에 이용된다. 다른 실시형태에서, R에 의거한 더 복잡한 공식이, 예를 들면 사각형 R이 일부의 경우, 특히 더 적극적인 전류 발산 접근이 원해지는 곳에 이용될 수 있다.
도 5에 관하여 이전 설명은 메인 회로 보호 장치(82)를 포함하는 전기 시스템[예를 들면, 전기 시스템(80)]을 설명하고, 본 발명의 실시형태는 메인 회로 보호 장치를 포함하지 않는 전기 시스템이 효과적으로 사용될 수도 있다. 일반적으로, 본 발명의 실시형태는 다른 방법으로 전기 시스템을 과부하시키는, 예를 들면 시스템의 열 정격이 초과될 때까지 검출되는 과부하 없이 개개의 절연 회로를 사용할 수 있다.
이제 도 10을 참조하면, 트랜스퍼 스위치(92)(예를 들면, American Power Conversion Corporation of West Kingston, RI에 의해 제조된 유니버설 트랜스퍼 스위치)를 포함하는 전기 시스템(90)의 실시형태가 나타난다. 본 발명의 실시형태와 이용될 수 있는 트랜스퍼 스위치의 실시예가 여기에 참조 문헌으로 통합되는 9월 28, 2004일 제출된 미국 특허 출원 번호 10/952,565호, “할당 전원에 부하를 가하는 시스템 및 방법" Paik 등에 의해 제출되었다. 일실시형태에서, 장치(20)가 전체적인 열 용량을 초과함으로부터 트랜스퍼 스위치(92)를 보호하도록 이용된다. 나타내는 실시형태에서, 트랜스퍼 스위치는 120 볼트에서 작동하는 회로(1-9)와 240볼트에서 작동하는 회로(10)를 포함하는 모두 10개의 회로이다. 회로(7)만의 명확한 이익을 위해 임의의 또는 10개의 모든 회로가 장치를 포함할 수 있지만, 장치(20)와 결합되는 상세함을 포함한다. 예를 들면, 임의의 또는 모든 회로가 컨트롤러(30)에 의해 작동가능한 절연 장치(32)를 포함할 수 있다. 일부 실시형태에서 단일 컨트롤러(30)는 다른 실시형태에서 각 회로가 전용 컨트롤러가 제공되는 반면에, 일부 실시형태에서 복수의 회로에 이용된다.
설명된 실시형태에서 분리된 퓨즈가 각 회로에 과전류 보호를 제공하지만, 그러나, 메인 회로 보호 장치는 사용되지 않는다. 상술한 바와 같이, 트랜스퍼 스위치(92)의 열용량은 이 상태에서 회로(1-10)의 응집되는 부하 때문에 검출없이 초과될 수 있다. 따라서, 장치(20)는 컨트롤러(30)가 트랜스퍼 스위치(92)의 응집되는 부하가 스위치의 최대 정격 열부하를 초과한 것을 감지하는 때 접속된 부하를 감소시키는 1개 이상의 절연 장치(32)를 선택적으로 작동하도록 사용될 수 있다. 상술한 바와 같이, 장치(20는 이하 트랜스퍼 스위치(92)의 응집되는 부하가 스위치의 최대 정격 열부하보다 작은 다음의 소정의 기간에 절연되는 임의의 회로를 재접속하도록 사용될 수도 있다.
다양한 실시형태에서 상술한 방법은 불필요하게 꺼지게 되는 것으로부터 1개 이상의 중요한 회로를 보호하는 부하 발산 도표를 제공한다. 즉, 회로(1-10)는 더 높은 우선 순위 회로가 수정된 공칭 전류와 정격 공칭 전류 사이의 더 큰 차이를 갖는 곳에서도 더 높은 우선 순위 회로 전에 발생되는 더 낮은 우선 순위 회로의 절연에 우선될 수 있다. 이러한 방법은 위험 부하에 대해 비가동 시간을 대체로 감소시킨다. 적어도 일실시형태에서, 여기에 설명되는 방법은 상술된 미국 특허 출원 10/952,565호에 설명된 바와 같이 비지체 부하에 전력을 공급하는 동안 부하를 늦추는 전원을 제공하도록 지속적으로 이용될 수 있다.
일반적으로, 전기 회로에 운반되는 전류는 공칭 직류(예를 들면, 체류에서 15 또는 20 암페어) 이하로부터 공칭 전류의 2~3배일 수 있는 과부하 전류 레벨과 공칭 전류보다 큰 수십~수백배일 수 있는 단락 전류에 광범위하게 변화될 수 있다. 따라서, 과전류 보호 장치는 전류의 넓은 범위에서 응답할 수 있다.
상술한 바와 같이, 과전류 보호 장치와 사용되는 전류 감지 회로가 ADC에 감지되는 전류에 따라 출력 신호를 공급하는 전류 센서를 자주 사용한다. ADC는 전류 감지 회로로부터 아날로그 출력 신호를 디지털 회로에 의해 처리되는 그 이상의 신호에 대해 디지털 신호로 변환하도록 사용된다. 예를 들면, 도 1에 나타내는 컨트롤러(30)는 입력측(38)에 커플링된 ADC를 포함할 수 있다. 그러나, ACD의 정밀도와 범위는 ADC(즉, 컨버터에 포함되는 비트의 수)의 사이즈와 ADC의 선택된 해상도에 의해 한정된다.
일실시예에서, ADC는 8비트를 포함하고, 따라서 1~256의 다이나믹 범위를 갖는다. 일반적으로, ADC의 해상도는 비트의 수(예를 들면, 8)와 최대 8비트 수(e.g, 28 1 255)에 의해 나타나는 전류값에 의해 결정된다. 따라서, 8-비트 ADC (즉, 255)에 의해 나타내는 최대값은 100암페어를 나타내고, ADC의 해상도는 100/256 = 0.39 암페어이다. 다른 방법에서, 원하는 해상도가 먼저 결정된 후, ADC의 최대값에 의해 나타나는 전류값이 계산된다. 예를 들면, 0.1 암페어를 나타내는 각 비트에서 ADC에 의해 정확하게 나타낼 수 있는 최대 전류는 0.1 × 255 = 25.5 암페어이다. 다른 방법으로, 16 비트 ADC가 동일 해상도를 갖는 다이나믹 범위를 증가시킬 수 있다. 즉, 비트당 0.1 암페어에서 0.1 × 65,536 = 6553.6의 최대 전류가 정확하게 나타낼수 있는 최대 전류이다.
전류 감지 회로가 사용된 ADC의 상기 한정은 전류 측정에서 부정확할 수 있고, 따라서 ADC가 사용된 과전류 보호에서 부정확할 수 있다. 특히, ADC에 의해 정확하게 나타나는 최대 전류 이상의 전류가 “클리핑”될 수 있다. 예를 들면, 0.39 암페어를 나타내는 최하위 비트를 갖는 8비트 ADC에 대해 동일한 디지털 값(100 암페어에 따름)이 감지된 전류가 100 암페어 이상에서 각 샘플을 나타낼 것이다. 따라서, 아날로그 전류가 100 암페어보다 큰 곳에서 각 샘플이 부정확하게 나타날 것이다. 유사하게, 0.1 암페어를 나타내는 최하위 비트를 갖는 16비트 ADC에 대해, 동일 디지털 값(즉, 카운트)은 감지된 전류가 6553.6 암페어인 곳에서 각 샘플을 나타낼 것이다.
상기 상태가 도 7-9에 나타난다. 이러한 도면은 아날로그 전류 파형과 아날로그 전류 파형의 전파 정류 버전의 디지털 샘플에 따라 구성되는 제 2 파형을 포함하는 실시형태를 나타낸다. 일실시형태에서, 도 7-9는 20 암페어 퓨즈를 포함하는 회로를 갖는 시스템과 각각 결합되고, ADC는 비트당 0.34 암페어에서 8비트이다. 이 전형적인 시스템에 의해 정확하게 감지되는 최대 피크 전류는 대략 60 암페어 RMS에 따라 86.7 암페어이다. 또한, 제 2 파형은 각 기간에 64번 샘플링되는 아날로그 전류 파형에 의거한다.
도 7-9의 각각은 디지털 샘플 구간에 따른 수평축, 암페어의 순간 전류에 따른 제 1 수직 축, ADC에 의해 발생되는 카운트에 따라 제 2 수직축을 포함한다. 도 7을 참조하면, 파형 플로트(100)는 아날로그 전류 파형(102)에 대해 ADC의 출력에 따라 아날로그 전류 파형(102)과 디지털 샘플세트(104)를 포함한다. 도 7에서, 감지된 아날로그 전류는 20 암페어 RMS 또는 대략 28 피크 암페어이다. 이 전류값은 ADC의 출력에 의해 정확하게 나타낼 수 있는 최대 전류 이하이기 때문에, 디지털 샘플세트(104)는 어떠한 클리핑도 포함하지 않고, 아날로그 전류는 디지털 샘플세트(104)에 의해 정확하게 나타난다.
이제 도 8을 참조하면, 파형 플로트(106)가 아날로그 전류 파형(108)에 대해 ADC의 출력에 따라 아날로그 전류 파형(108)과 디지털 샘플세트(110)를 나타낸다. 이 실시예에서, 감지된 아날로그 전류는 70 암페어 RMS 또는 대략 99 피크 암페어이다. 회로가 20 암페어 직류에 대해 정격되는 곳에서, 70 암페어 RMS 전류는 과부하를 나타낸다. 이하, 디지털 파형(110)은 감지된 전류가 ADC의 출력에 의해 정확하게 나타낼 수 있는 최대 전류보다 크기 때문에 “클리핑”된다. 이 실시예에서, 디지털 파형(110)은 디지털 파형이 같은 값을 갖는 11개 연속적인 샘플(각 피크를 따라 센터링됨)을 포함한다. 이러한 각 샘플은 동일한 카운트를 갖는다. 상술한 바와 같이, 각 11개의 연속적인 샘플은 전류가 ADC(예를 들면, 60 암페어 RMS)의 출력에 의해 정확하게 나타낼 수 있는 최대 전류 이상인 곳에서 아날로그 전류 파형 부분을 나타내기 때문에 발생하게 된다. 상세하게 후술되는 바와 같이, 본 발명의 실시형태는 ADC의 출력에 의해 정확하게 나타낼 수 있는 전류보다 큰 최대 전류를 포함하는 과부하에 대해 향상된 전류 감지를 제공한다.
유사하게, 도 9는 아날로그 전류 파형(114)에 대해 ADC의 출력에 따라 아날로그 전류 파형(114)과 디지털 파형(116)을 갖는 파형 플로트(112)를 나타낸다. 이 실시예에서, 감지된 아날로그 전류는 500 암페어 RMS 또는 대략 707 피크 암페어이다. 이 레벨의 전류(즉, 회로의 정격된 공칭 전류 25배)는 단락과 결합되는 크기를 갖는다. 여기에서 마찬가지로, 전류의 크기가 ADC의 출력에 의해 정확하게 나타낼 수 있는 최대 전류보다 크기 때문에 디지털 파형(110)이 “클리핑”된다. 또한, 크기가 너무 크기 때문에, 클리핑은 아날로그 전류 파형(114)의 기간의 대부분을 통해서 발생한다. 특히, 클리핑은 아날로그 전류 파형의 제로 크로싱의 2개 샘플 내에서 시작한다.
다양한 실시형태에서, 장치(20)는 “클리핑” 값의 발생과 지속이 검출된 후 결합된 과전류의 정도를 결정하기 위해 이용되는 방법을 사용할 수 있다. 그러한 방법에서 제로 크로싱은 ADC의 출력이 언제 그리고 얼마만큼 최대값(예를 들면, “클리핑”)인지 평가하는 때 사용될 수 있는 이용가능한 참조를 제공하는 AC 시스템에서 특히 유용하다. 적어도 일실시형태에서, ADC의 포텐셜 부정확을 설명하기 위해, 최대 판독의 일부 카운트 내에서 임의의 판독이 “클리핑”되고, “클리핑” 영역을 포함하도록 고려될 수 있다.
일실시형태에 의해, 컨트롤러(30)는 프로세서와 메모리를 포함한다. 또한, 이 실시형태에, 상기 설명되는 방법은 컨트롤러(30)에 포함되는 프로세서에 의해 실행되는 메모리에 저장되는 1개 이상의 알고리즘에 의해 실행될 수 있다.
따라서, 본 발명의 적어도 일실시형태의 몇 개의 관점에서 설명하면 당업자에게 지속적으로 발생하는 다양한 대안, 변경 및 향상이 될 수 있다. 그러한 대안, 수정 및 향상은 이 개시물의 일부임이 의도되고, 본 발명의 사상과 범위 내에 있는 것이 의도된다. 따라서, 이전 기재와 도면은 오직 실시예의 방법이다.

Claims (20)

  1. 회로 보호 장치에서 전류를 감지하여 감지된 전류에 대응하는 신호를 발생시키도록 구성된 전류 센서;
    상기 감지된 전류에 대응하는 신호를 수신하는 컨트롤러로서, 상기 회로 보호 장치의 열적 특성과 감지된 전류에 의거하여 회로 보호 장치의 축적된 열부하를 추정하도록 구성된 컨트롤러; 및
    상기 회로 보호 장치를 선택적으로 절연하도록 구성된 절연 장치를 포함하는 장치로서:
    상기 컨트롤러는 출력 신호를 제공하여 절연 장치를 활성화시키고, 상기 축적된 열부하가 회로 보호 장치의 소정의 최대 열부하를 초과하면 전류를 차단하도록 더 구성된 것을 특징으로 하는 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 절연 장치는 상기 회로 보호 장치와 직렬 접속되도록 구성된 것을 특징으로 하는 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 회로 보호 장치를 더 포함하고; 상기 회로 보호 장치는 퓨즈인 것을 특징으로 하는 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 소정의 최대 열부하는 실질적으로 퓨즈의 평균 용융 시간에 대응하는 것을 특징으로 하는 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 회로 보호 장치의 소정의 최대 열부하는 상기 회로 보호 장치를 작동하기에 충분한 열부하 미만인 것을 특징으로 하는 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 소정의 최대 열부하는 상기 회로 보호 장치에 의해 운반되는 전류의 가열 효과에 의거하여 결정되는 것을 특징으로 하는 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 소정의 최대 열부하는 상기 회로 보호 장치의 시간 전류 특성 곡선의 1점에서 결정된 열부하에 의거하여 결정되는 것을 특징으로 하는 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 전류의 가열 효과는 상기 회로 보호 장치의 시간 전류 특성의 근사와 비교되는 것을 특징으로 하는 장치.
  9. 감지된 전류를 나타내는 아날로그 출력 신호를 발생시키도록 구성된 전류 감지 회로;
    상기 아날로그 출력 신호를 수신하고 복수의 이산 샘플을 이용하여 상기 아날로그 출력 신호의 디지털 표시를 발생시키도록 구성된 아날로그 디지털 컨버터로서, 실질적으로 최대 전류 값 이상의 아날로그 출력 신호를 나타내는 복수의 이산 샘플 각각이 실질적으로 동일한 크기를 갖는 아날로그 디지털 컨버터; 및
    실질적으로 동일한 크기를 갖는 샘플을 평가함으로써 전류 감지 회로에 의해 감지된 과전류의 양을 추정하도록 구성된 컨트롤러를 포함하는 것을 특징으로 하는 과전류 감지 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 과전류의 추정량은 실질적으로 동일한 크기를 갖는 연속적인 샘플의 양에 의거하여 결정되는 것을 특징으로 하는 과전류 감지 장치.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 과전류의 추정량은 상기 과전류에 응답하는 상기 회로 보호 장치의 작동 전에 회로 보호 장치를 절연할 때를 결정하도록 사용되는 것을 특징으로 하는 과전류 감지 장치.
  12. 복수의 회로 보호 장치를 포함하고, 각 회로 보호 장치가 각각의 공칭 정격 전류를 포함하는 복수의 회로를 보호하는 시스템으로서:
    각 회로 보호 장치의 전류를 측정하도록 구성된 전류 감지 회로; 및
    각 측정된 전류를 수신하도록 구성된 컨트롤러로서, 결합된 상기 모든 회로 보호 장치에 의해 운반되는 전체 전류와 결합된 모든 회로 보호 장치의 전체 공칭 정격 전류 사이의 비를 결정하고, 상기 비를 사용하여 각 회로 보호 장치의 수정된 공칭 정격 전류를 각각 결정하도록 더 구성되고, 출력 신호를 발생시켜 선택 회로에 포함된 회로 보호 장치의 수정된 공칭 정격 전류에 의거하여 복수의 회로 중에서 선택되는 선택 회로를 절연시키도록 더 구성된 컨트롤러를 포함하는 것을 특징으로 하는 복수의 회로를 보호하는 시스템.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 컨트롤러는 상기 비를 각각의 공칭 정격 전류에 적용하여 각 회로 보호 장치의 수정된 공칭 정격 전류를 결정하도록 구성된 것을 특징으로 하는 복수의 회로를 보호하는 시스템.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 컨트롤러는 수정된 공칭 정격 전류가 각각 회로 보호 장치의 공칭 정격 전류를 초과하는 각 회로 보호 장치를 결정하도록 구성된 것을 특징으로 하는 복수의 회로를 보호하는 시스템.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 컨트롤러는 상기 선택 회로가 수정된 공칭 정격 전류와 복수의 회로 보호 장치 중에서 가장 큰 장치의 공칭 정격 전류 사이의 차이를 갖는 상기 회로 보호 장치를 포함하기 때문에 선택 회로를 확인하도록 구성된 것을 특징으로 하는 복수의 회로를 보호하는 시스템.
  16. 제 12 항에 있어서,
    상기 컨트롤러는 상기 비가 1보다 크면 출력 신호를 발생시키도록 구성된 것을 특징으로 하는 복수의 회로를 보호하는 시스템.
  17. 제 12 항에 있어서,
    상기 회로 보호 장치는 상기 출력 신호에 응하여 작동하는 선택 회로를 보호하는 것을 특징으로 하는 복수의 회로를 보호하는 시스템.
  18. 회로 보호 장치를 보호하는 방법으로서:
    상기 회로 보호 장치에서 전류를 감지하는 스텝;
    상기 감지된 전류에 대응하는 신호를 발생시키는 스텝;
    상기 회로 보호 장치의 열적 특성과 상기 감지된 전류에 의거하여 상기 회로 보호 장치의 축적된 열부하를 추정하는 스텝; 및
    상기 축적된 열부하가 회로 보호 장치의 소정의 최대 열부하를 초과하면 전류를 차단하는 스텝을 포함하는 것을 특징으로 하는 회로 보호 장치를 보호하기 위한 방법.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 소정의 최대 열부하는 실질적으로 상기 회로 보호 장치의 평균 용융 시간에 대응하는 것을 특징으로 하는 회로 보호 장치를 보호하는 방법.
  20. 제 18 항에 있어서,
    상기 회로 보호 장치에 의해 운반되는 전류의 가열 효과에 의거하여 소정의 최대 열부하를 결정하는 스텝을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 회로 보호 장치를 보호하는 방법.
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